呂良正臺灣大學：土木工程學研究所宋明倫Sung, Ming-LunMing-LunSung2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50346本文使用前年所開發之最佳化設計系統(李宗豪2005)為最佳化設計工具，在既有的基礎上，新增結構最佳化演進法的移除準則，並嘗試將拓樸最佳化與尺寸最佳化做一連結。 本研究在拓樸最佳化部份，新增張力與壓力移除準則於系統中，傳統的結構最佳化演進法，皆假設結構能同時承受張力與壓力，較適用於材料在承受張力與壓力行為相同時，然而在實務上，有許多材料在承受張力與壓力時行為並不相同，有些只適合承受壓力，例如石材與混凝土，有些只適合承受張力，例如線材或鋼索，若以傳統的結構最佳化演進法來對這些材料進行最佳化設計，很明顯的可以發現結果並不符合我們的設計需求，所以針對這些只適合承受張力或壓力的材料，我們將引進張力與壓力的移除準則，相較於傳統結構最佳化演進法以有效應力或應變能為參考物理量，此處提出以主應力為參考物理量的張力與壓力移除準則。 在結合拓樸與尺寸最佳化部份，提出一兩階段的最佳化流程，將拓樸最佳化的結果視為結構之初始設計，再以尺寸與形狀最佳化進行細部設計，相較於其他同時進行拓樸、尺寸與形狀最佳化的方法，將拓樸最佳化獨立出來，可以確保結構擁有最佳的拓樸形狀，而不必受特定支承條件的限制，即支承個數可由拓樸形狀決定。 在第一階段，我們採用結構最佳化演進法作為拓樸最佳化的工具，因為結構最佳化演進法在逐步剔除無效率元素後，其最後結構受力型式會有趨向於桁架形狀的優點，且在拓樸形狀為結構初始設計的前提下，可以使用較粗的有限元素網格，太細的網格有時反而造成判斷上的困擾，因此可以節省不少運算時間；第一階段完成後，再以尺寸最佳化進行第二階段的細部設計，若要求比較精細的設計，可以在此階段同時進行形狀與尺寸最佳化。第一章 緒論 1 1.1 研究動機與背景 1 1.2 研究目的 1 1.3 研究內容 2 第二章 結構最佳化設計系統 3 2.1前言 3 2.2最佳化問題描述 3 2.3最佳化分析方法與工具介紹 4 2.3.1數學規劃法(MP) 5 2.3.2結構最佳化演進法(ESO) 9 2.3.3有限元素套裝軟體 11 2.4結構最佳化設計系統架構 12 2.4.1 最佳化設計模組 13 2.4.2 有限元素分析模組 14 2.4.3 資料處理模組 15 2.4.4 有限元素模型更新模組 15 2.4.5 函數計算模組 16 2.4.6 使用者介面說明 16 2.5 小結 17 第三章 考慮拉壓強度不同之結構最佳化演進法 23 3.1 前言 23 3.2 主應力移除準則 23 3.2.1 只能受張力之主應力移除準則 23 3.2.2 只能受壓力之主應力移除準則 25 3.3 實做主應力移除準則與例題驗證 26 3.3.1 實做主應力移除準則 26 3.3.2 例題驗證 27 3.4 三維的主應力移除準則 30 3.4.1 三維的張力移除準則 30 3.4.2 三維的壓力移除準則 31 3.5 三維主應力移除準則例題驗證 31 3.6 小結 33 第四章 結構最佳化演進法問題與改進 47 4.1 前言 47 4.2 結構最佳化演進法各設定參數的影響 47 4.2.1 有限元素網格粗細的影響 47 4.2.2 選用不同元素類型的影響 48 4.2.3 演進速率ER的影響 50 4.2.4 初始移除比率RR0的影響 50 4.2.5 ABAQUS數值精度問題 51 4.2.6 棋盤式形態 53 4.3 結構最佳化演進法的改良 54 4.3.1 對二維張力與壓力移除準則的改良 55 4.3.2 修改後的結構最佳化演進法 56 4.3.3 例題驗證 57 4.4 小結 59 第五章 結合結構拓樸與尺寸最佳化 91 5.1 前言 91 5.2 結合結構拓樸與尺寸最佳化 91 5.3 例題實做 93 5.4 拓樸形狀選擇之初步研究 99 5.5 小結 102 第六章 結論與未來展望 135 6.1 結論 135 6.2 未來展望 136 參考文獻 1396072584 bytesapplication/pdfen-US拓樸最佳化尺寸最佳化結構最佳化演進法壓力移除準則張力移除準則topology optimizationsizing optimizationevolutionary structural optimizationcompression criteriontension criterionthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50346/1/ntu-96-R90521234-1.pdf